Какъв е принципът на работа на сеизмографа? Какво е сеизмограф и за какво служи? Точно копие на устройството

Сеизмографът се състои от махало, например стоманена тежест, което е окачено на пружина или тънка тел от стойка, здраво закрепена в земята. Махалото е свързано с писалка, която рисува непрекъсната линия върху хартиена лента. Когато почвата вибрира бързо, хартията се разклаща заедно с нея, но махалото и писалката остават неподвижни по инерция. На хартията се появява вълнообразна линия, отразяваща вибрациите на почвата. Крива върху хартиена лента, монтирана върху бавно въртящ се барабан под писалка за чертане на линии, се нарича сеизмограма.

Работата на сеизмографа се основава на принципа, че свободно висящите махала остават почти неподвижни по време на земетресения. Горният сеизмограф записва хоризонтални, а долният сеизмограф записва вертикални вибрации на земята.

Три червени барабана с височина около 20 см са сеизмографски приемници на модерна сеизмична станция. Стоящият барабан приема вертикални вибрации на почвата; единият от легналите барабани се забелязва в посока север-юг, а от другата - изток-запад. Устройството, което стои наблизо, регистрира най-бавните подземни смени, които не могат да бъдат засечени от другите три приемника. Показанията и от четирите инструмента се предават на сложни електронни устройства за запис на сеизмограмата.

През 1891 г. едно от най-силните земетресения, регистрирани някога в Япония, опустоши големи райони западно от Токио. Очевидец описва разрушенията по следния начин: „На повърхността се образуваха дълбоки дупки, които защитаваха низините от наводнения, почти всички къщи бяха разрушени, 10 000 души загинаха, 20 000 бяха ранени.

Сеизмограма на земетресението, разлюляло на 8 ноември 1983 г. в 1 часа. 49м. Белгия, Холандия и Северен Рейн-Вестфалия, записани от сеизмичната станция в Хамбург. Горната крива показва вертикални колебания, долната показва хоризонтални колебания. Двама души загинаха при земетресението.

Японски геолози, които изследвали последствията от тази катастрофа, с изненада установили, че няма ясно определен епицентър. Повърхността беше разрязана от почти права цепнатина с дължина около 110 км, сякаш разсечена на две части от гигантски нож, като краищата на разреза бяха изместени един спрямо друг. „Земята“, съобщава един от геолозите, „изглежда като следа, оставена от гигантска къртица, върху тях зейват многометрови пропасти преди това стояха един до друг в посока изток-запад, сега се оказаха на значително разстояние и по оста север-юг земетресението премести единия от тях на север, другия на юг.“

Употреба: сеизмология, за наблюдение и запис на вибрационни движения на земната кора по време на различни динамични процеси както на повърхността, така и в почвените маси, както и всяко технологично оборудване, включително ядрени реактори. Същността на изобретението: съдържа херметичен корпус, в който са разположени шаси, махало, амортизиращо устройство, преобразувател на изместване на махало, устройство за компенсиране на гравитационния момент, подвижно устройство и елементи за комуникация и предаване на информация към контролния център. Всички елементи, поставени върху махалото, освен преките си функции, създават допълнителен инерционен момент, насочен към намаляване на резонансната честота, поради периферното им разположение симетрично спрямо центъра на тежестта на махалото. Корпусът на устройството, в допълнение към неговите защитни функции, участва в създаването на намаляване на качествения фактор на собствената резонансна честота на шасито чрез използването на система за закрепване и поради лесното притискане на шасито в корпуса. Компактното разположение на възлите се дължи на избора на формата на махалото: титаниева тръба със скосени краища и с технологични и монтажни отвори, както и изпълнението на валцоващия възел: двойка ножове, единият от които е твърдо фиксиран към цилиндричната форма на махалото, а другият е свързан към шасито, а ножовете са разположени един спрямо друг с възможност за задаване на централната линия на заоблените им ръбове в една права линия. 6 ил.

Изобретението се отнася до сеизмологията, по-специално до проектирането на приемници на сеизмични сигнали, и може да се използва за наблюдение и запис на вибрационни движения на земната кора по време на различни динамични процеси както на повърхността, така и във вътрешността на почвените маси, както и всяко технологично оборудване, включително ядрени реактори. Сеизмографът VEGIK е известен с изучаването на сеизмичния ефект от експлозии, регистриране на земетресения и микросеизми от първи вид. Сеизмографът съдържа махало, окачено на стойки върху два чифта взаимно перпендикулярни тънки стоманени плочи (напречен еластичен шарнир), образуващи оста на въртене на махалото. За да се регистрират вертикални вибрации, оста на въртене се поставя в хоризонтално положение, а махалото е в хоризонтално положение (центърът на тежестта в същата хоризонтална равнина с оста на въртене се държи с помощта на стоманена спирална пружина). Равновесното положение на махалото се регулира чрез винт, който променя напрежението на пружината, а периодът на естествено колебание (T 1 = 0,8-2 s) се регулира чрез промяна на ъгъла на наклон на пружината и промяна на окачената стомана чинии. За да се регистрират хоризонтални вибрации, пружината се отстранява от махалото, устройството се завърта на 90° и се поставя върху три фиксиращи винта. Махалото завършва с лека дуралуминова форма, в края на която е здраво закрепена лека цилиндрична рамка от плексиглас с две намотки (намотки) от тънък емайлиран меден проводник, намотан върху нея. Бобината е разположена в цилиндричната въздушна междина на постоянен магнит. Едната намотка се използва за записване на движението на махалото, другата се използва за регулиране на затихването му. Махалото със стойки и магнит са монтирани върху плоска рамка, която е здраво монтирана в метален корпус. Една от страничните стени за наблюдение на състоянието на махалото е от плексиглас. Вибрациите обикновено се записват с помощта на малки галванометри. Недостатъкът на известния сеизмограф е ниската надеждност поради наличието на кръстообразно окачване. Резките вибрации (при експлозии, удари) смачкват или отрязват плочите. Най-близък по техническа същност до предложеното изобретение е сеизмографът VBP-3, съдържащ махало, състоящо се от две неравни, но сходни по големина маси, разположени симетрично от двете страни на оста на въртене. Махалото е изработено под формата на плоска алуминиева рамка, от едната страна на която са пробити отвори за намаляване на теглото. За здравина рамката има ребра за твърдост. Месинговите оси, монтирани върху рамка и монтирани в радиални сачмени лагери, образуват оста на въртене на махалото. Цилиндрична рамка от електролитна мед, монтирана върху махалото, служи за гасене на собствените му вибрации. Плоска индукционна намотка е навита около рамката с тънка емайлирана медна жица, служеща за преобразувател. Махалото е монтирано на лагери в гнездата на месингова скоба, здраво закрепена към полюсите на постоянен магнит с форма на подкова, изработен от сплав Magnico. Полюсните елементи от меко желязо са залепени към магнита с BF лепило. Цилиндрична сърцевина от меко желязо също е монтирана върху конзолата върху два водещи пръта. Във въздушната междина между полюсните части и сърцевината се образува равномерно радиално магнитно поле. При намагнитване сърцевината се отстранява, в противен случай основният магнитен поток се насочва през нея, а не през магнита. Вместо сърцевината, във въздушната междина се вкарва месингов клин, за да се избегне счупване на магнита. В тази празнина има медна рамка на амортисьора с индукционна бобина на преобразувателя. При такава система на окачване махалото се колебае с ъглови завои до 30o в двете посоки от равновесното положение, без да удря ограничителите (скобата). Магнит с махало се вкарва във вдлъбнатина на рамката (шасито) и е здраво закрепен към нея с напречна греда и болтове. Краищата на индукционната намотка се извеждат към блока на рамката. Към него е свързан кабел, прекаран през херметичен уплътнител в рамката. Защитен корпус от немагнитен материал е закрепен към рамката чрез гумено уплътнение и осигурява херметичност на устройството до налягане от 2 atm. Рамката има дръжка за носене на уреда. Скобата, магнитът, рамката и корпусът, здраво свързани помежду си, образуват основата на устройството, което по време на измерванията следва движението на обекта, докато махалото се стреми да остане в покой. В индукционната намотка се възбужда ЕМП, пропорционална на скоростта на движение на основата спрямо махалото. Този ЕМП се подава към клемите на галванометъра на магнитоелектричния осцилоскоп (рекордер). Недостатъкът на известния сеизмограф е ниската чувствителност, поради факта, че махалото е окачено на оси, въртящи се в сачмени лагери. Целта на изобретението е да повиши чувствителността, да разшири обхвата на измерване към по-ниски честоти, капацитет против натоварване и да създаде техническа осъществимостпоставяне във вертикални канали и кладенци (намаляване на размера). Фигура 1 показва проектната схема на сеизмографа; фигура 2 - подвижна единица; фигура 3 - разрез по протежение на А-А на фигура 2; фигура 4 - възел I на фигура 3; Фиг.5 - разрез по В-В на Фиг.2; на фиг.6 - възел II на фиг.5. Сеизмографът се състои от твърдо цилиндрично тяло 1 (запечатано), което е прикрепено към обекта на изследване 4 чрез затягащ пръстен 2 с щифтове 3. Вътре в корпуса 1 има шаси 5, което е закрепено към корпуса 1 с помощта на заключващ резбован пръстен 6, фиксиран от горен уплътнен капак 7. За да се елиминират взаимните движения на корпуса 1 и шасито, причинени от разликите в температурни коефициенти на разширение на материалите, плоска предварително натоварена със сила от 400 N е осигурена пружина 8, разположена между дъното на тялото 1 и основата на шасито 5. Структурен език и жлеб (без позиция) в тази връзкапредотвратяване на въртенето на шасито 5 спрямо тялото 1. Вътре в тялото 1 има махало 9, изработено от титанова тръба със скосени краища и с технологични и закрепващи отвори на неговата формираща повърхност. Махалото 9 е свързано с подвижния блок 10 посредством титаниева скоба 11. Сеизмографът разполага с измервателен преобразувател за движението на махалото, демпферно устройство, устройство за компенсиране на гравитационния момент и елементи за комуникация и предаване на информация към контролен център. На носещата конструкция на махалото 9, симетрично спрямо хоризонталната равнина, минаваща през центъра на тежестта, са монтирани следните елементи, докато се отдалечават от този център на тежестта: контактор 12 (шунтова част) на преобразувателя на преместване, рамка 13 изработен от проводим немагнитен материал със силова намотка 14 на компенсационния блок и пасивен елемент 15 (медна плоча) демпфериращо устройство. В допълнение, махалото 9 съдържа елементи, които увеличават твърдостта на махалото и елементи за балансиране на махалото (не са показани). Свързващите се части са фиксирани към шасито 5: бобини 16 - активни преобразувателни системи, магнитни системи 17 единици за компенсиране на гравитационния момент, магнитни системи 18 амортизиращи устройства, търкалящ се блок 10 (окачване) на махалото 9, магнитни екрани 19, клемни блокове (не са показани) и опорни елементи (не са показани) за прокарване на проводници (елементи за комуникация и предаване на информация към контролния център). Активни системи- намотките 16 на преобразувателя на преместване се състоят от U-образна магнитна сърцевина, изработена от електролитна стомана, намотка, изработена от проводник PNET - KSOT, съдържаща 150 навивки всяка, и държач с магнити с елементи за фиксиране на проводника. Дизайнът на държача включва елементи, които увеличават неговата твърдост (например под формата на допълнителни усилващи елементи). Магнитните системи 17 на блока за компенсация на гравитацията са направени под формата на коаксиално-цилиндрична структура с пръстеновиден магнит (от материал 10 NDK 35T5A) и магнитни сърцевини (от сплав 49 KF 2), осигуряващи цилиндрична работна междина с индукция магнитно поле 1 Tl. Обвивката (без позиция) на магнитната система 17 е изработена от титанова сплав. Частите на магнитната система са свързани с помощта на специално лепило, което издържа на нагряване до 400 o C (например K-400). В допълнение, компенсаторният блок може да бъде направен под формата на индукционно задвижване с вихрови токове, чиято статорна част е твърдо фиксирана към шасито. Магнитните системи от 18 амортизиращи устройства са направени под формата на О-образна магнитна верига с двойка магнити, свързани последователно. Закрепващите елементи на магнитната система позволяват регулиране на затихването чрез шунтиране на част от работния магнитен поток. Магнитните екрани 19 са плочи, изработени от стомана St10 и са предназначени да отслабят влиянието на разсеяните полета на магнитните системи върху пасивните елементи - контактори 12 на преобразувателя на преместване на махалото. Клемният блок е направен от керамика и носи клеми, към които проводниците са свързани чрез съпротивително заваряване. Елементите за поддържане на проводниците са изработени от керамика и са разположени както върху самото шаси, така и в специално предназначени канали. Валцовият агрегат има опорна лопатка 20, твърдо свързана с конзола 11 към махалото 9, и спомагателна лопатка 21, свързана към шасито 5 чрез еластичен елемент 22 (силова пружина). Ножовете 20 и 21 са монтирани един срещу друг и имат система (настройка) за изравняване на централната линия на заоблените им ръбове (осите на ножовете) вертикално - гайка 23, и хоризонтално чрез завъртане на ножа 21 около надлъжната му ос с пръти, поставени в специални отвори 24. Опорният възел за окачването на махалото е изработен от стомана P18, закалена до единици HRC 65 и представлява конструкция, съдържаща възглавници 25 за опорния нож 20, плочи 26 - ограничители на хоризонталните движения на нож, жлеб 27 за поставяне на силовата пружина 22 и винтове 28 за настройка на необходимата сила на затягане с автофиксация. Всички елементи на електромагнитните системи (преобразувател на преместване, амортизиращо устройство и компенсиращо устройство) са елементи с оригинален дизайн, които се основават на добре познати дизайнерски и технологични методи. Сеизмографът работи по следния начин. Принципът на работа се основава на трансформирането на вертикалните смущаващи (вибрационни) движения на основата на сеизмографа във въртеливи движения на вертикалното махало 9 Голицин. За да се приведе системата в равновесие, в оста трябва да действа постоянен момент M m, независимо от ъгъла, компенсиращ ефекта на гравитацията. Стойността на този момент се определя от израза M m = m g l cos, където m е масата на махалото; g - ускорение на свободно падане, l - дължина на лоста; - ъгъл на провисване. Върху центъра на тежестта (CG) на махалото 9 действа сила, която създава момент m g l. Компенсиращият момент се създава от двойка сили на електромагнитната система 13, 14, 17. Освен това неподвижният елемент е магнитната система 17, която изключва влиянието на външни магнитни полета (поради екраниране на намотката на магнитната верига на система 17). Съвкупността от масите на елементите 12, 13, 14, 15, масата на махалото 9, както и тяхното взаимно положение (симетрично спрямо хоризонталната равнина, минаваща през махалото CG) по периферията на махалото определя момента на инерцията I и положението на махалото CG. Пренебрегвайки триенето в опората на подвижния блок 10, изразът за амплитудно-честотната характеристика (AFC) може да бъде представен като = където A out е амплитудата на движение на контактора 12 на преобразувателя на преместване на махалото; Ain е амплитудата на вертикалните входни движения; - 6.28 F - кръгова честота на вибрационните ефекти; F - честота на вибрациите; о = - собствена честота на махалото;
bc - декремент на затихване (избира се по време на процеса на настройка);
R - разстояние от оста на въртене. Ротационното движение на вертикалното махало 9 се преобразува от капака 12 и намотката 16 в електрически сигнал. Индуктивният полумост, на базата на който е направен преобразувателят на преместване на махалото, се захранва от променливо напрежение с честота 5 kHz и амплитуда до 30 V (предимно 25 V). Електромагнитни системи 13, 14, 17, поддържащи махалото 9 в окачено състояние, се захранват от токов стабилизатор, който е свързан с кабел KUGVEV ng (чрез електропровод с променливо напрежение 5 kHz) и кабел KVVGE ng (чрез електропровод DC). Сеизмографът е тестван и е потвърдил своята ефективност. Сеизмографът е компактен (размери: височина на тялото H = 350 mm 0,5, диаметър d = 74 mm 0,5) поради използването на някои структурни компоненти за изпълнение на няколко функции. По този начин възли 13, 14, 17, в допълнение към създаването на компенсаторна двойка сили, изпълняват допълнителна функцияамортисьор. Ножовете 20, 21, освен че изпълняват функцията на ос на въртене, имат функцията да поддържат контакт при претоварвания от повече от 1 g поради тяхното противоположно разположение. Всички елементи, поставени върху махалото, освен преките си функции, създават допълнителен инерционен момент, насочен към намаляване на резонансната честота, поради периферното им разположение симетрично спрямо централния център на махалото. Корпус 1, в допълнение към своите защитни функции, участва в създаването на намаляване на коефициента на качество на естествената резонансна честота на шасито 5 чрез използването на система за закрепване (гайка 6) и поради лесното пресоване на шасито 5 в корпус 1. Използването на изобретението ще подобри надеждността на работа на промишлени агрегати в зони със сеизмична активност. Висока чувствителност в областта ниски честоти(0,1-2 Hz) прави това устройство незаменимо за наблюдение на възникването на аварийни ситуации, особено при експлозивни съоръжения, използващи ядрена енергия.

Иск

СЕИЗМОГРАФ, съдържащ херметизиран корпус, в който са разположени шаси, махало, подвижно устройство, електромагнитен преобразувател на движение на махалото, устройство за компенсиране на гравитационния момент, електромагнитно амортизационно устройство и елементи на комуникационната линия със записващото устройство, характеризиращ се с това, че електромагнитният преобразувател на движението на махалото, моментът на компенсация на силата, единицата гравитация и електромагнитното амортизиращо устройство са направени от две идентични системи, разположени симетрично спрямо равнината, минаваща през центъра на тежестта на махалото и перпендикулярна на оста му на въртене, докато махалото е направено под формата на разширена фигурна куха цилиндрична форма, а валцоващият блок е направен под формата на двойка ножове, единият от които е здраво фиксиран към цилиндрична форма, а другият нож е свързан към шаси чрез еластичен елемент, а ножовете са разположени един срещу друг с възможност за задаване на централната линия на заоблените им ръбове по една права линия, компенсационният блок е направен под формата на коаксиално монтирана магнитна система, монтирана на шасито, и куха сляпа намотка, чиято намотка е поставена върху рамка, изработена от проводим немагнитен материал, неподвижно монтирана върху махалото, върху която са монтирани пасивните елементи на демпферното устройство и преобразувателя на преместване на махалото, и магнитните системи на амортизиращото устройство и преобразувателят на преместване са фиксирани към шасито, докато пасивните елементи на преобразувателя движенията на махалото, блокът за компенсиране на гравитационния момент и амортизиращото устройство са разположени в противоположните краища на цилиндричното махало.

От древни времена земетресенията са едни от най-ужасните природни бедствия. Ние подсъзнателно възприемаме повърхността на земята като нещо непоклатимо силно и солидно, основата, върху която стъпва нашето съществуване.

Ако тази основа започне да се разклаща, срутвайки каменни сгради, променяйки речните корита и издигайки планини на мястото на равнините, това е много страшно. Не е изненадващо, че хората се опитаха да предскажат, за да имат време да избягат, като избягат от опасна зона. Така е създаден сеизмографът.

Какво е сеизмограф?

Слово "сеизмограф"е от гръцки произход и се образува от две думи: “seismos” - треперене, вибрация и “grapho” - писане, запис. Тоест, сеизмографът е устройство, предназначено да регистрира вибрации на земната кора.

Първият сеизмограф, чието споменаване остава в историята, е създаден в Китай преди почти две хиляди години. Ученият астроном Джан Хен направил за китайския император огромна двуметрова бронзова купа, чиито стени се поддържали от осем дракона. В устата на всеки от драконите лежеше тежка топка.

Вътре в купата беше окачено махало, което, когато беше подложено на подземен удар, удари стената, карайки устата на един от драконите да се отвори и да пусне топка, която падна директно в устата на една от големите бронзови жаби, седящи около купата. Според описанието устройството може да записва земетресения, възникващи на разстояние до 600 км от мястото, където е инсталирано.

Строго погледнато, всеки от нас може сам да си направи прост сеизмограф. За да направите това, окачете тежест със заострен край точно над равна повърхност. Всяка вибрация в земята ще доведе до колебания на тежестта. Ако напудрете зоната под товара с креда на прах или брашно, тогава ивиците, начертани от острия край на тежестта, ще показват силата и посоката на вибрациите.

Вярно е, че такъв сеизмограф не е подходящ за жител на голям град, чиято къща се намира до оживена улица. Преминаващите тежки камиони непрекъснато ще вибрират почвата, причинявайки микротрептения на махалото.

Сеизмографи, използвани от учените

Първият сеизмограф със съвременна конструкция е изобретен от руския учен княз Б. Голицин, който използва преобразуването на енергията на механичните вибрации в електрически ток.

Дизайнът е доста прост: тежестта е окачена на вертикално или хоризонтално разположена пружина, а към другия край на тежестта е прикрепена записваща писалка.

За запис на вибрациите на товара се използва въртяща се хартиена лента. Колкото по-силен е тласъкът, толкова повече се отклонява писалката и толкова по-дълго осцилира пружината. Вертикалната тежест ви позволява да записвате хоризонтално насочени удари и обратното, хоризонталният рекордер записва удари във вертикалната равнина. По правило хоризонталното записване се извършва в две посоки: север-юг и запад-изток.

Защо са необходими сеизмографи?

Необходими са сеизмографски записи за изследване на моделите на възникване на трусовете. Това се прави от наука, наречена сеизмология. Най-голям интерес за сеизмолозите представляват райони, разположени в така наречените сеизмично активни места - в разломни зони на земната кора. Там също са често срещани движения на огромни пластове подземни скали - т.е. нещо, което обикновено причинява земетресения.

По правило силните земетресения не се случват неочаквано. Те са предшествани от поредица от малки, почти незабележими удари от специално естество. Като се научат да предсказват земетресения, хората ще могат да избегнат смъртта поради тези бедствия и да намалят до минимум материалните щети, които причиняват.

| Сеизмограф

Сеизмограф(Гръцки произход и образуван от две думи: „ сеизми" - разклащане, разклащане и " графо" - пиша, записвам) - специален измервателен уред, който се използва в сеизмологията за откриване и записване на всички видове сеизмични вълни.

Древни времена

Китай е известен със своите изобретения, но те, уви, остаряват и се променят. Хартията се превърна в цифров носител, барутът отдавна е станал „течен“ и дори компасите се предлагат в повече от дузина разновидности. Или, например, сеизмограф. Модерен уред за регистриране на земни трептения изглежда солидно – като детектор на лъжата или шпионско устройство. Изобщо не е като първия сеизмограф - малко смешен на вид, но доста точен. Изобретен е по време на династията Хан (25-220 г. сл. Хр.) от учения Джан Хенг.

Създателят на първия сеизмограф е роден в Нанянг (провинция Хенан). Още като дете Хан проявява любов към науката. През годините той влиза в китайската история и прави много полезни неща за астрономията и математиката. Исторически бележки от онова време показват, че този изобретател е бил спокоен и уравновесен и се е опитвал да запази нисък профил. В допълнение към страстта си към науката, Джан Хенг знаеше как да пише поезия.

Изобретател на сеизмографа

Земетресение – дисбаланс между Ин и ЯнВ древни времена се е смятало, че земетресенията са много неприятен знак и гняв на небето. В древната китайска философия дори е изобретено специално учение, което изследва баланса между двете сили Ин и Ян. Естествено, тази наука не можеше да мине, без да обясни такова явление като земетресение. Според китайците от онова време земята се тресела с причина, но поради глобален дисбаланс.

Защо понякога се случват земетресения, чиято сила може да доведе до бедствие? Всичко се приписваше на грешните решения на китайските управници. Увеличиха ли се данъците? Небето ще накаже Китай със земетресение! Войната започна? Очаквайте неприятности! Голям процент от земетресенията, случили се тогава, са щателно описани. Историците смятаха за важно да пишат за всичко, което се случи в такъв неблагоприятен ден.

Благодарение на изследванията на Джан Хенг е установено, че земетресенията са природен феномен, който може да се знае предварително. За целта той създава сеизмограф.

Принципът на работа на първия китайски сеизмограф

Схемата, по която работеше устройството, беше следната:

Когато започна земетресение, първите трусове на земята накараха детектора да се разклати.

В същото време топката, която беше поставена вътре в дракона, започна да се движи.

Тогава той падна от устата на митичното влечуго директно в устата на жабата.

Принципът на работа на китайския сеизмограф
Когато топката падна, се чу характерен звън. Изненадващо, първият сеизмограф дори посочи посоката, в която се намира епицентърът на земетресението (за това към устройството бяха прикрепени допълнителни дракони). Например, ако топката падна от дракона от източната част на устройството, тогава трябва да се очакват проблеми на запад.

Първият сеизмограф е не само научен, но и художествен артефакт. Защо неговият дизайн включва дракони и жаби? Те са философски символ на времето. Съответно драконите са Ин, а жабите са Ян. Взаимодействието между тях символизира баланса между „горе“ и „долу“. Въпреки всички научни открития Джан Хенг не забравя да вплете традиционните вярвания в своето изобретение.

Съдбата е злодей

Съдбата на много древни учени не беше най-розовата (някои дори бяха изгорени на клада заради убежденията си). Наистина, едно е да изобретиш нещо, което ще те прослави през вековете, а друго е да направиш така, че съвременниците ти да те оценят. Дори Джан Хенг не можа да избегне скептицизма, когато демонстрира сеизмографа на император Шун Янг Дзя. Придворните реагираха на изобретението на учения с голямо недоверие.

Скептицизмът беше малко разсеян през 138 г. сл. н. е., когато сеизмографът на Джан Хенг регистрира земетресение в региона Лонгси. Но дори след като доказаха, че устройството работи успешно на полето, повечето се страхуваха от Джан Хенг. Да, древните китайци не са били лишени от суеверия.

китайски сеизмограф

Точно копие на устройството

Оригиналният сеизмограф отдавна е потънал в забрава. Въпреки това китайски и чуждестранни учени, които са изследвали произведенията на Джан Хенг, са успели да реконструират изобретението му. Скорошни тестове потвърждават, че древен китайски сеизмограф може да открие земетресение с точност, която е почти толкова добра, колкото съвременното оборудване.

Китайски сеизмограф в музей
Днес пресъздаденият древен сеизмограф се съхранява в изложбената зала на Китайския исторически музей в Пекин.

19 век

В Европа земетресенията започват сериозно да се изучават много по-късно.

През 1862 г. е публикувана книгата „Голямото неаполитанско земетресение от 1857 г.: Основни принципи на сеизмологичните наблюдения“ от ирландския инженер Робърт Малет. Малет прави експедиция до Италия и съставя карта на засегнатата територия, като я разделя на четири зони. Зоните, въведени от Malet, представляват първата, доста примитивна, скала на интензивност на треперене. Но сеизмологията като наука започва да се развива едва с широкото появяване и въвеждане в практиката на инструменти за регистриране на земни вибрации, т.е. с появата на научната сеизмометрия.

През 1855 г. италианецът Луиджи Палмиери изобретява сеизмограф, способен да записва далечни земетресения. Работеше на следния принцип: по време на земетресение живакът се изсипваше от сферичен обем в специален контейнер в зависимост от посоката на вибрациите. Индикаторът за контакт с контейнера спря часовника, показвайки точния час и задейства запис на вибрациите на земята върху барабана.

През 1875 г. друг италиански учен, Филипо Сечи, проектира сеизмограф, който включва часовник в момента на първия шок и записва първата вибрация. Първият достигнал до нас сеизмичен запис е направен с помощта на това устройство през 1887 г. След това започва бърз напредък в областта на създаването на инструменти за записване на земни вибрации. През 1892 г. група английски учени, работещи в Япония, създават първия сравнително лесен за използване инструмент, сеизмографът на Джон Милн. Още през 1900 г. функционира световна мрежа от 40 сеизмични станции, оборудвани с инструменти на Milne.

ХХ век

Б. Голицин
Дизайнът е доста прост: тежестта е окачена на вертикално или хоризонтално разположена пружина, а към другия край на тежестта е прикрепена записваща писалка.

Заключение

По правило силните земетресения не се случват неочаквано. Те са предшествани от поредица от малки, почти незабележими удари със специално естество. Като се научат да предсказват земетресения, хората ще могат да избегнат смъртта поради тези бедствия и да намалят до минимум материалните щети, които причиняват.

Трудно е да си представим, но около милион земетресения се случват на нашата планета всяка година! Разбира се, това са предимно слаби трусове. Земетресения с разрушителна сила се случват много по-рядко, средно веднъж на две седмици. За щастие повечето от тях се срещат на дъното на океаните и не причиняват никакви проблеми на човечеството, освен ако не възникне цунами в резултат на сеизмични измествания.

Всеки знае за катастрофалните последици от земетресенията: тектоничната активност събужда вулкани, гигантски приливни вълни отмиват цели градове в океана, разломи и свлачища разрушават сгради, причиняват пожари и наводнения и отнемат стотици и хиляди човешки животи.

Затова хората по всяко време са се стремили да изучават земетресенията и да предотвратяват последствията от тях. Така Аристотел през 4в. преди аз. д. смята, че атмосферните вихри проникват в земята, която има много кухини и пукнатини. Вихрите се засилват от огъня и търсят изход, причинявайки земетресения и вулканични изригвания. Аристотел също наблюдава движенията на почвата по време на земетресения и се опитва да ги класифицира, идентифицирайки шест вида движения: нагоре и надолу, от една страна на друга и т.н.

Първият известен опит да се направи устройство за предсказване на земетресения принадлежи на китайския философ и астроном Джан Хенг. В Китай тези природни бедствия са се случвали и се случват изключително често; освен това три от четирите най-големи земетресения в човешката история са се случили в Китай. И през 132 г. Джан Хенг изобретил устройство, което той нарекъл Hoofeng „ветропоказател за земетресение“ и което можело да записва вибрациите на земната повърхност и посоката на тяхното разпространение. Hoofeng стана първият в света сеизмограф (от гръцки seismos „трептене“ и grapho „пиша“) устройство за откриване и записване на сеизмични вълни.

Последици от земетресението в Сан Франциско през 1906 г.

Строго погледнато, устройството беше по-скоро като сеизмоскоп (от гръцки skopeo „гледам“), тъй като показанията му се записваха не автоматично, а от ръката на наблюдател.

Hoofeng е направен от мед във формата на съд за вино с диаметър 180 см и тънки стени. Извън кораба имаше осем дракона. Главите на драконите сочеха в осем посоки: изток, юг, запад, север, североизток, югоизток, северозапад и югозапад. Всеки дракон държеше в устата си медна топка, а под главата му седеше жаба с отворена уста. Предполага се, че във вътрешността на съда е било вертикално монтирано махало с пръти, които са били прикрепени към главите на драконите. Когато в резултат на подземен удар махалото започна да се движи, пръчка, свързана с главата, обърната към посоката на удара, отвори устата на дракона и топката се изтърколи от нея в устата на съответната жаба. Ако се изтърколят две топки, може да се предположи силата на земетресението. Ако устройството беше в епицентъра, тогава всички топки се изтърколиха. Наблюдателите на инструмента можеха веднага да запишат времето и посоката на земетресението. Устройството беше много чувствително: отчиташе дори слаби трусове, чийто епицентър се намираше на 600 км. През 138 г. този сеизмограф точно посочи земетресение, настъпило в региона Лонгши.

В Европа земетресенията започват сериозно да се изучават много по-късно. През 1862 г. е публикувана книгата „Голямото неаполитанско земетресение от 1857 г.: Основни принципи на сеизмологичните наблюдения“ от ирландския инженер Робърт Малет. Малет прави експедиция до Италия и съставя карта на засегнатата територия, като я разделя на четири зони. Зоните, въведени от Malet, представляват първата, доста примитивна, скала на интензивност на треперене.

Но сеизмологията като наука започва да се развива едва с широкото появяване и въвеждане в практиката на инструменти за регистриране на земни вибрации, т.е. с появата на научната сеизмометрия.

Сеизмографът се състои от махало с една или друга конструкция и система за записване на неговите вибрации. Според метода на записване на колебанията на махалото сеизмографите могат да бъдат разделени на устройства с директна регистрация, механични преобразуватели на вибрации и сеизмографи с обратна връзка.

Сеизмографите с директен запис използват механичен или оптичен метод на запис. Първоначално при механичния метод на запис в края на махалото се поставяше писалка, която надраскваше линия върху опушена хартия, която след това беше покрита с фиксираща смес. Но махалото на сеизмограф с механичен запис е силно повлияно от триенето на писалката върху хартията. За да се намали това влияние, е необходима много голяма маса на махалото.

При оптичния метод на запис върху оста на въртене се фиксира огледало, което се осветява през обектива, а отразеният лъч пада върху фотографска хартия, навита на въртящ се барабан.

Методът на директно записване все още се използва в сеизмично активни зони, където земните движения са доста големи. Но за регистриране на слаби земетресения и на големи разстояния от техните източници е необходимо да се усилят трептенията на махалото. Това се осъществява от различни преобразуватели на механични движения в електрически ток.

Диаграма на разпространението на сеизмични вълни от източника на земетресение или хипоцентър (отдолу) и епицентър (отгоре).

Трансформацията на механичните вибрации е предложена за първи път от руския учен Борис Борисович Голицин през 1902 г. Това е галванометричен запис, базиран на електродинамичния метод. Индукционна бобина, здраво закрепена към махалото, беше поставена в полето на постоянен магнит. Когато махалото се колебае, магнитният поток се променя, в бобината възниква електродвижеща сила и токът се записва от огледален галванометър. Лъч светлина се насочва към огледалото на галванометъра и отразеният лъч, както при оптичния метод, пада върху фотографска хартия. Такива сеизмографи спечелиха световно признание за много десетилетия напред.

Напоследък са широко разпространени така наречените параметрични преобразуватели. При тези преобразуватели механичното движение (движението на масата на махалото) предизвиква промяна в някакъв параметър електрическа верига(Например, електрическо съпротивление, капацитет, индуктивност, светлинен поток и др.).

Б. Голицин.

Адит на сеизмологичната станция. Монтираното там оборудване регистрира и най-малките вибрации в почвата.

Мобилна инсталация за геофизични и сеизмологични изследвания.

Промяната на този параметър води до промяна на тока във веригата и в този случай преместването на махалото (а не неговата скорост) определя големината на електрическия сигнал. От различни параметрични преобразувателиВ сеизмометрията се използват два основни вида фотоволтаични и капацитивни. Най-популярен е капацитивният преобразувател Benioff. Сред критериите за подбор основните бяха простота на устройството, линейност, ниско ниво на шум и енергийна ефективност.

Сеизмографите могат да бъдат чувствителни към вертикални или хоризонтални вибрации на земята. За наблюдение на движението на почвата във всички посоки обикновено се използват три сеизмографа: един с вертикално махало и два с хоризонтални махала, ориентирани на изток и север. Вертикалните и хоризонталните махала се различават по своя дизайн, така че се оказва доста трудно да се постигне пълна идентичност на техните честотни характеристики.

С появата на компютри и аналогово-цифрови преобразуватели, функционалността на сеизмичното оборудване се увеличи драстично. Вече е възможно едновременно да се записват и анализират в реално време сигнали от няколко сеизмични сензора и да се вземат предвид спектрите на сигнала. Това осигури фундаментален скок в информационното съдържание на сеизмичните измервания.

Сеизмографите се използват предимно за изследване на самото земетресение. С тяхна помощ може да се определи инструментално силата на земетресението, мястото на неговото възникване, честотата на възникване на дадено място и преобладаващите места, където се случват земетресения.

Оборудване на сеизмологична станция в Нова Зеландия.

Основна информация за вътрешната структура на Земята също е получена от сеизмични данни чрез интерпретиране на полетата от сеизмични вълни, причинени от земетресения и мощни експлозии и наблюдавани на земната повърхност.

С помощта на записа на сеизмичните вълни се извършват и изследвания на структурата на земната кора. Например проучвания от 50-те години на миналия век показват, че дебелината на слоевете на земната кора, както и скоростите на вълните в тях, варират от място на място. В Централна Азия дебелината на кората достига 50 km, а в Япония -15 km. Създадена е карта на дебелината на земната кора.

Можем да очакваме, че скоро ще се появят нови технологии в инерционните и гравитационни методи за измерване. Възможно е новото поколение сеизмографи да могат да откриват гравитационни вълни във Вселената.

Запис със сеизмограф

Учени от цял свят разработват проекти за създаване на сателитни системи за предупреждение при земетресения. Един такъв проект е радарът с интерферометрична синтетична апертура (InSAR). Този радар, или по-скоро радари, проследяват изместването на тектоничните плочи в определена област и благодарение на данните, които получават, могат да бъдат записани дори фини измествания. Учените смятат, че благодарение на тази чувствителност е възможно по-точно да се идентифицират зони с висок стрес и сеизмично опасни зони.